FLAC3D岩土软件-本构模型ppt课件
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土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第8章
P
3
3
a L
Pa +
P
3 a +
X
P 剪力图
弯矩图
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
6
第八章 结构单元
该例子用到下列参数： 横截面积A=0.006m3 杨氏模量E=200GPa 泊松比=0.30 y轴惯性矩Iy=20010-6m4 z轴惯性矩Iz=20010-6m4 极惯性矩J=0.0 点载荷P=10000N
土工格栅(或衬 砌)中层切向平 面
构件的平均法线方向作为z轴
；x和y轴在切向平面内任意
定位
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
z 索(或桩)横截面
y 索(或桩)构件 z
y x
土工格栅(或衬 砌)构件
3
第八章1 x1
w1
u1
y 1 1 y1
z2
x2 x
w2
2
u2
2 y2
2 U2
Z u1
Y 1
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
8
第八章 结构单元
锚索中轴向力分布
水泥浆中应力分布
2020/7/10
土木工程数值模拟（FLAC）
9
第八章 结构单元
桩
桩构件的刚度矩阵与梁构 件的刚度矩阵是相同的。 除了提供梁的构造特性外， 桩还提供了与网格的法线 方向和剪切方向所发生的 交互摩擦作用。在这点上， 桩实际上是组合了梁和锚 索的作用。
梁结构坐标系统及12个自由度
默认下，每个梁构件具 有各向同性、无屈服的 线性弹性材料，然而， 人们可以指定塑性力矩， 或者在构件之间引进塑 性铰链。
2020/7/10
FLAC,FLAC3D基础与应用ppt课件
;材料参数
prop bulk 3e6 shear 1e6
ini dens 2000
;初始条件
fix z ran z -.1 .1
37
New Features in FLAC3D Version 3.1
1. 多处理器的并行计算功能 2. 新结构单元类型 “Embedded Liner” 提供两个方向的
接触作用，可以很好地模拟挡土墙 3. 对四面体单元采用新的混合离散方法 “Nodal Mixed
Discretization” 提供塑性问题更精确的解答 4. 64位程序 5. 包含命令手册、FISH手册和应用实例的帮助
•Charles Fairhurst
美国工程院、瑞典皇家工程院院士，国际岩石力学 学科和岩石力学学会创始人之一，历任国际岩石力 学学会主席和副主席，国际岩石力学学会Muller奖、 美国岩石力学学会终生成就奖获得者。
•Peter Cundall
美国工程院、英国皇家工程院院士，国际资深计算 岩石力学学家。
关于教材
3
关于课程
• 2005-11-29 河海土木院研究生会组织 • 2006-10-13 同济大学土木工程学院 • 2006-10-26 河海大学金水节 • 2007-04-15 东南大学交通学院 • 2007-07-18 同济大学土木工程学院 • 2007-11-03 河海大学岩土所组织FLAC学术沙龙 • 2007-11-29 河南工业大学 • 2008-11-15 河海大学河海金水节培训 • 2010-11-10 河海大学校庆报告 • 2011-06-18 河海大学举办ITASCA技术与应用专题（南京）研讨会 • 2011-10-16 河南理工大学 • 2011-11-03 南京工业大学交通学院 • 2011-11-24 河海大学土木与交通学院研究生会 • 2011-06-18_ITASCA技术与应用专题（南京）研讨会
土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第1章
不规则的六面体？
同时，关键词size还可配合ratio来进行 运用，使得各单元间的长度按照一定 的比率逐渐增大或减小。
gen zone radcyl size 5 10 6 12 & ratio 1 1 1 1.2
建立比较复杂的计算模型，即通过生成这 些基本的单元来进行“拼凑”。如建立一个马 蹄形断面的隧道
对于体积模量和剪切模量，其和弹性模量之 间存在一转化公式：
或
对于材料的密度(干密度、湿密度等)则采用 initial命令来设置，即：
ini density * (range ---) 材料若考虑密度，则必须设置重力加速度，重 力加速度的设置采用set命令，即：
set gravity 0 0 –10 若重力方向为沿Z轴正向，则为10，若沿Z轴 负向，则为-10，若沿Y轴负向，则应设置为：
速度边界设置主要采用apply命令进行设置，相 应的可设置的速度变量为xvel、yvel、zvel，例如：
apply xvel 2e-7 range x –0.1 0.1
其表示将x=0面上所有的节点速度均设置为2e-7 ，若随着计算，需移除初始边界，则采用apply remove 命令进行删除操作。
11
分析过程
学习内容
➢ 建模、划分网格 ➢ 本构模型及参数 ➢ 边界条件、初始条件及加载 ➢ 初始地应力的生成方法及初始平衡求解 ➢ 求解及结果输出
建模、划分网格
在FLAC3D程序中建立计算网格主要采用gen 命令，该命令可生成点(point)、面(surface)和单元 (zone)。由于点和面在三维计算程序中应用相对 较少，此处主要介绍单元(zone)的生成和组合方 法。主要命令：
此处所讨论的是公共面上网格的大小和划分的 份数不一致或者两相邻面间存在间隙的问题。对于 公共面上网格的大小和划分的份数不一致，主要采 用attach命令来进行连接，而对两相邻面间存在间 隙的问题，则采用gen merge 命令来进行连接的操 作。
同时，关键词size还可配合ratio来进行 运用，使得各单元间的长度按照一定 的比率逐渐增大或减小。
gen zone radcyl size 5 10 6 12 & ratio 1 1 1 1.2
建立比较复杂的计算模型，即通过生成这 些基本的单元来进行“拼凑”。如建立一个马 蹄形断面的隧道
对于体积模量和剪切模量，其和弹性模量之 间存在一转化公式：
或
对于材料的密度(干密度、湿密度等)则采用 initial命令来设置，即：
ini density * (range ---) 材料若考虑密度，则必须设置重力加速度，重 力加速度的设置采用set命令，即：
set gravity 0 0 –10 若重力方向为沿Z轴正向，则为10，若沿Z轴 负向，则为-10，若沿Y轴负向，则应设置为：
速度边界设置主要采用apply命令进行设置，相 应的可设置的速度变量为xvel、yvel、zvel，例如：
apply xvel 2e-7 range x –0.1 0.1
其表示将x=0面上所有的节点速度均设置为2e-7 ，若随着计算，需移除初始边界，则采用apply remove 命令进行删除操作。
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分析过程
学习内容
➢ 建模、划分网格 ➢ 本构模型及参数 ➢ 边界条件、初始条件及加载 ➢ 初始地应力的生成方法及初始平衡求解 ➢ 求解及结果输出
建模、划分网格
在FLAC3D程序中建立计算网格主要采用gen 命令，该命令可生成点(point)、面(surface)和单元 (zone)。由于点和面在三维计算程序中应用相对 较少，此处主要介绍单元(zone)的生成和组合方 法。主要命令：
此处所讨论的是公共面上网格的大小和划分的 份数不一致或者两相邻面间存在间隙的问题。对于 公共面上网格的大小和划分的份数不一致，主要采 用attach命令来进行连接，而对两相邻面间存在间 隙的问题，则采用gen merge 命令来进行连接的操 作。
土木工程数值模拟(FLAC3D)课件第1章
对于对称的模型也可以采用镜像命令：
gen zone reflect norm -1 0 0 origin 0,0,0
网格单元间的连接
采用FLAC3D进行计算，所建立的模型需是一个 连续的整体，否则计算结果将出现较大的误差甚至 无法进行计算。对于在建立模型时，各关键点的坐 标是准确无误输入且各公共面的网格数和大小均完 全一致的模型，无需进行任何操作，模型即自动完 成相互间的连接。
对所有单元
应力—应变关系 (本构模型)
2020/7/10
节点力 单元积分 新的应力
10
简单实例
gen zone brick size 6 8 8 model mohr prop bulk 1e8 shear 0.3e8 prop fric 35 coh 1e3 tens 1e3 set grav 0,0,-9.81 ini dens 2000 fix x range x -0.1 0.1 fix x range x 5.9 6.1 fix y range y -0.1 0.1 fix y range y 7.9 8.1 fix z range z -0.1 0.1 hist unbal hist gp zdisp 4,4,8 solve save t1.sav rest t1.sav model null range x 2,4 y 2,6 z 5,10 set large initial xdis 0.0 ydis 0.0 zdis 0.0 step 1000 save t2.sav
这是通过radtun和 radcyl来组合生成所 需要的模型。它们两者的生成关键点的 描述存在较大的区别。
对于这两种基本的 网格，其公共面上的 关键点的对应关系更 需校核好，否则将出 现杂乱错误的网格。
FLAC3D教程
FLAC3D教程
目录
• FLAC3D软件介绍 • FLAC3D基本操作 • 建模与网格划分 • 材料属性与边界条件设置 • 计算过程控制与结果输出 • FLAC3D在岩土工程中的应用实例
01 FLAC3D软件介 绍
软件背景及发展历程
FLAC3D的起源
FLAC3D是Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions的简称， 起源于20世纪80年代，由Itasca Consulting Group, Inc.公司开发。
材料参数设置
针对所选材料类型，设置相应的 材料参数，如弹性模量、泊松比 、密度等。
材料本构模型
根据材料特性，选择合适的本构 模型，如摩尔-库伦模型、德鲁克 -普拉格模型等。
边界条件类型及设置方法
边界条件类型
FLAC3D支持多种边界条件类型，如位移边界、速度边界、应力 边界等。
边界条件设置方法
用户可以通过指定节点或面的位移、速度或应力值来设置边界条 件。
周期性边界条件
对于具有周期性的模型，可以设置周期性边界条件以模拟无限域 问题。
初始条件设置
初始应力场设置
根据地质资料或工程经验，设置模型的初始应力 场。
初始位移场设置
对于存在初始变形的模型，可以设置初始位移场 。
初始孔隙压力设置
对于涉及流体流动的模型，可以设置初始孔隙压 力。
05 计算过程控制与 结果输出
如果发现模型存在问题，需要及时进行修复。FLAC3D提供了多种修复 工具，如删除、修补、平滑等，可以帮助用户快速修复模型中的错误。
03
实例分析
通过具体案例展示模型检查和修复的过程和效果，帮助用户掌握相关技
目录
• FLAC3D软件介绍 • FLAC3D基本操作 • 建模与网格划分 • 材料属性与边界条件设置 • 计算过程控制与结果输出 • FLAC3D在岩土工程中的应用实例
01 FLAC3D软件介 绍
软件背景及发展历程
FLAC3D的起源
FLAC3D是Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions的简称， 起源于20世纪80年代，由Itasca Consulting Group, Inc.公司开发。
材料参数设置
针对所选材料类型，设置相应的 材料参数，如弹性模量、泊松比 、密度等。
材料本构模型
根据材料特性，选择合适的本构 模型，如摩尔-库伦模型、德鲁克 -普拉格模型等。
边界条件类型及设置方法
边界条件类型
FLAC3D支持多种边界条件类型，如位移边界、速度边界、应力 边界等。
边界条件设置方法
用户可以通过指定节点或面的位移、速度或应力值来设置边界条 件。
周期性边界条件
对于具有周期性的模型，可以设置周期性边界条件以模拟无限域 问题。
初始条件设置
初始应力场设置
根据地质资料或工程经验，设置模型的初始应力 场。
初始位移场设置
对于存在初始变形的模型，可以设置初始位移场 。
初始孔隙压力设置
对于涉及流体流动的模型，可以设置初始孔隙压 力。
05 计算过程控制与 结果输出
如果发现模型存在问题，需要及时进行修复。FLAC3D提供了多种修复 工具，如删除、修补、平滑等，可以帮助用户快速修复模型中的错误。
03
实例分析
通过具体案例展示模型检查和修复的过程和效果，帮助用户掌握相关技
FLAC3D学习
FLAC3D学习1.FLAC3D的基本知识介绍岩土工程结构的数值解是建立在满足基本方程（平衡方程、几何方程、本构方程）和边界条件下推导的。
由于基本方程和边界条件多以微分方程的形式出现，因此，将基本方程近假发改用差分方程（代数方程）表示，把求解微分方程的问题改换成求解代数方程的问题，这就是所谓的差分法。
差分法由来已久，但差分法需要求解高阶代数方程组，只有在计算机的出现，才使该法得以实施和发展。
FLAC3D （FatLagrangianAnalyiofContinua）由美国Itaca公司开发的。
目前，FLAC有二维和三维计算程序两个版本，二维计算程序V3.0以前的为DOS版本，V2.5版本仅仅能够使用计算机的基本内存（64K），所以，程序求解的最大结点数仅限于2000个以内。
1995年，FLAC2D已升级为V3.3的版本，其程序能够使用护展内存。
因此，大大发护展了计算规模。
FLAC3D是一个三维有限差分程序，目前已发展到V2。
1版本。
FLAC3D的输入和一般的数值分析程序不同，它可以用交互的方式，从键盘输入各种命令，也可以写成命令（集）文件，类似于批处理，由文件来驱动。
因此，采用FLAC程序进行计算，必须了解各种命令关键词的功能，然后，按照计算顺序，将命令按先后，依次排列，形成可以完成一定计算任务的命令文件。
FLAC3D是二维的有限差分程序FLAC2D的护展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。
调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。
单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发变形和移动（大变形模式）。
FLAC3D采用的显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术能够非常准确发模拟材料的塑性破坏和流动。
由于无须形成刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能够求解大范围的三维问题。
FLAC3D采用ANSIC++语言编写的。
1对模拟塑性破坏和塑性流动采用的是“混合离散法”。
FLAC3D岩土软件本构模型
法能够充分考虑岩土体的非线性特性，但需要大量的现场监测数据。
参数校验方法
对比分析法
将室内试验得到的参数与工程经验或相关规范进行对比分析，以验证参数的合理性。
数值模拟法
采用FLAC3D等数值模拟软件，建立岩土体模型，输入室内试验得到的参数进行模拟计算 ，将模拟结果与现场监测数据进行对比分析，以验证参数的准确性。
蠕变模型
经验蠕变模型
基于实验数据拟合得到的蠕变方程，描述岩土材料在长时间持续荷载作用下的变形行为。
粘弹塑性蠕变模型
结合粘弹性、粘塑性和弹塑性理论，全面考虑岩土材料的时间效应和变形特性，适用于复杂应力路径和长时间尺 度的分析。
04
本构模型的参数确定与校验
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
05
FLAC3D岩土软件本构模型的应用
岩土工程领域的应用
1 2
边坡稳定性分析
FLAC3D可以模拟边坡的渐进破坏过程，分析边 坡的稳定性，为边坡治理提供科学依据。
基坑支护设计
FLAC3D可以模拟基坑开挖过程中的应力场、位 移场和渗流场，为基坑支护设计提供技术支持。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
FLAC3D岩土软件本构模型
汇报人：XX
• 引言 • 本构模型概述 • FLAC3D岩土软件中的本构模型 • 本构模型的参数确定与校验 • FLAC3D岩土软件本构模型的应用 • 结论与展望
目录
CONTENTS
01
引言
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
flacd结构单元教程ppt文档
• 土工格栅(geogrid)
通过连接实现岩土体或结构与其它结构发生
• 衬砌单元(liner)
相互作用。
➢ 注意：结构节点并不是简单地与实体网格的
节点(gridpoint)建立联系，也不能建立node
与gridpoint之间的link
2、结构单元的建模方法
➢ 梁单元
sel beam id 1 beg 4 0 -1 end 5 0 -2 nseg 4
sel beam id=1 begin=( 6, 0, 0) end=( 9, 0, 0) nseg=3
; ======================================================
; Assign beam properties
sel beam id=1 prop emod=2e11 nu=0.30 &
2、结构单元的建模方法—线型结构单元
先建立节点再联接成单元的方法；
2、结构单元的建模方法—壳型结构单元
➢ 壳单元
2、结构单元的建模方法—壳型结构单元
def set_vals global ptA = 25.0 * sin( 40.0*degrad ) ; global ptB = 25.0 * cos( 40.0*degrad ) end @set_vals generate zone cylinder p0=( 0.0, 0.0, 0.0 ) &
; Print out beam responses.
list sel beam force
list sel beam moment
list sel node disp range id=7
return
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hist gp ydisp 0,0,0 ;采样记录座标[0，0，0] 处节点y方向位移
hist zone syy 0,1,0 ;采样记录座标[0，1，0] 处单元体yy方向应力
hist zone syy 1,1,0 ;采样记录座标[1，1，0] 处单元体yy方向应力
step 3000
FLAC3D岩土软件-本构模型
gen zone cyl p0 0 0 0 p1 1 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 1 size 4 5 4
gen zone reflect norm 1,0,0
gen zone reflect norm 0,0,1 model mohr
prop bulk 1.19e10 shear 1.1e10 prop coh 2.72e5 fric 44 ten 2e5 fix x y z range y -.1 .1 fix x y z range y 1.9 2.1 ini yvel 1e-7 range y -.1 .1 ini yvel -1e-7 range y 1.9 2.1 ini pp 1e5
29
例7-2 应变硬化软化模型测试 new
gen zone cyl p0 0 0 0 p1 1 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 1 size 4 5 4
第 五 章 本构模型
FLAC3D岩土软件-本构模型
1
一般性考虑 — 选择本构模型及参数
本构模型类型 零模型
代表性的材料类型 挖空区
应用实例 洞穴，开挖和将要回填的区域
各向同性弹性模型 横观各向同性弹性模型 德鲁克-普拉格塑性模型
均匀各向同性连续体材料， 具有线形应力应变行为的材 料 具有弹性各向异性力学行为
可化各的向塑函同性数性和的岩剪材石切料材强料度FL是AC体3D积岩变土软件位位-本于于构粘岩模土石型中中的的岩岩土土工工程程
2
FLAC3D岩土软件-本构模型
3
FLAC3D岩土软件-本构模型
4
弹性本构模型
零模型 — 所有的应力均为零: 模拟挖空区 弹性模型 — 各向同性，线性 各项异性 — 弹性，假定单元为横观各项异性
3. 德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理, 应变硬化-软化模型使用剪切屈 服函数和非相关联流动法则;
4. 德鲁克-布拉格，摩尔-库伦，单一节理, 应变硬化-软化模型另外还定义 了拉伸强度准则及其相关流动法则;
5. 所有模型都使用有效应力描述;
6. 双屈服和修正剑桥粘土考虑了体积改变对材料可变形性和体积变形的影 响;
10
FLAC3D岩土软件-本构模型
11
本构模型的选择
Model <关键字> range
model mohr
model null range x=2,4 y=2,6 z=5,10
Prop <关键字1> <关键字2> <关键字3>
prop bulk = 1e8 shear = 0.3e8 fric = 35 prop coh = 1e10 tens = 1e10 。 注意：（1） 材料的本构模型必须先定义，以便绘图或显示材料参数。（2）如 果材料参数关键字与本构模型不协调，则弹出警告信息，提示用户接受了不需要 的材料参数值；（3）本构模型需要的材料参数没有指定时，系统使用默认值， 除非另外指定，默认值为0
双线性应变强化/软化节 理化塑性模型
具有强度各向异性的薄板层 状材料（如板岩）
具有非线性硬化和软化行为 的粒状散体材料
具有非线性强化和软化行为 的薄板层状材料
紧密沉积层开挖 用于研究薄板层状材料破坏后力学行为
双屈服塑性模型
压应力可以引起不可恢复的 体积缩小的低粘结性的粒状 散体材料
水力回填材料
修正的剑桥粘土模型 霍克-布朗模型
7. 霍克-布朗包含非线性破坏面，随围压改变的塑性流动法则.
FLAC3D岩土软件-本构模型
6
德鲁克-布拉格 带有非相关流动法则的弹 性/塑性模型:剪切屈服应力是平均应力的函数
t A
kf
B
ft=0
C
s
st
kf /qf
德鲁克-布拉格 破坏准则
FLAC3D岩土软件-本构模型
7
摩尔-库仑 带有非相关流动法则的弹性/塑性模型: 根据 最大及最小主应力进行判断
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例7-1 摩尔-库伦压缩测试 new
g
b
y b
f
x
-b 面为对称面. , b 轴与 x, y轴呈任意角度
FLAC3D岩土软件-本构模型
5
塑性本构模型
德鲁克-布拉格; 摩尔-库伦; 单一节理; 应变硬化-软化; 双屈服; 修正剑桥粘土; 霍克-布朗
1. 所有模型都由屈服函数，硬化/软化函数，和流动准则描述;
2. 塑性流动基于塑性理论，即总应变可以分解为弹性分量和塑性分量，只 有弹性应变分量根据弹性定律引起应力增加。而且，弹性和塑性分量与 主应力同轴;
的薄板层状材料(如板岩)
应用有限;内摩擦角低的软土
处于强度极限下的人工材料（如钢材） ，安全系数法计算 加载不超过强度极限的薄板层状材料 常用于和隐式有限元程序进行比较
摩尔-库仑塑性模型
松散状和粘结状粒状散体材 料：土体、岩石、混凝土
通用的岩土力学模型(如边坡稳定问题和地下开挖)
节理化塑性模型
应变硬化/软化摩尔-库仑 模型
s3
ft=0
B
C
c
2c
st tan f
A
Nf
s1
FLAC中的摩尔-库仑破坏准则
t
(常应力 sn)
坡度 = G
g
FLAC3D岩土软件-本构模型
是一个经验公式, 用来
描述均质岩体的强度极限. 该模型的塑性流动法则是围压
的函数.
FLAC3D岩土软件-本构模型
9
FLAC3D岩土软件-本构模型